Regulacj a osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcj ach stresowych

Transkrypt

1 Postępy Psychiatrii i Neurologii 2004; 13 (3): Praca poglądowa Review Regulacj a osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcj ach stresowych The hypothalamic-pituitary-adrenal axis regulation in stress responses ANNA SKÓRZEWSKAl,MAŁGORZATA ZIENOWICZ2, MAŁGORZATA LEHNERl, ALEKSANDRA WISŁOWSKA2, PIOTRMACIEJAK 1,2, JANUSZ SZYNDLER1, ADAM PŁAŹNIK 1,2 Z: l. Zakładu Neurochemii Instytutu Psychiatrii i Neurologii w Warszawie 2. Katedry i Zakładu Farmakologii Doświadczalnej i Klinicznej w Warszawie STRESZCZENIE. Cel: Omówienie aktywności układu podwzgórze-przysadka-nadnercza w warunkach fizjologicznych i stresowych oraz przedstawienie zależności pomiędzy osią HPA a innymi neuroprzekaźnikami. Poglądy: Układ podwzgórze-przysadka-nadnercza odgrywa istotną rolę w procesach adaptacyjnych organizmu do warunków stresowych. Oś HPA koordynuje i kontroluje wydzielanie glikokortykosteroidów z ko/y nadnerczy do krwi. Zaburzenia funkcjonowania osi HPA występują w wielu chorobach psychicznych, m. in. depresji, pourazowych zaburzeniach stresowych (PTSD). Aktywność układu podwzgórze-przysadka-nadnercza jest regulowana przez liczne układy neuroprzekaźnikowe, m. in. glutaminianergiczny, GABA-ergiczny, serotoninergiczny oraz neurosteroidy. WIlioski: W warunkach przewlekłego stresu dochodzi do zaburzenia aktywności osi HPA i nadmiernej sekrecji hormonów steroidowych. Przedstawione wyniki badali wskazują, że antagoniści receptora CRF/ mogą stanowić nową grupę leków przeciwdepresyjnych i przeciwlękowych. SUMMARY. Objective: The paper outlines not only physiological and stress-related activity of the hypothalamicpituitary-adrenal (HPA) axis, but also interactions between the HPA axis and other neurotransmitters. Review: The hypothalamic-pituitary-adrenal axis plays an important role in adaptation of the organism to stress.fitl situations, as it controls and co-ordinates stress-induced increases in the secretion of glucocorticoids. Abnormalities in fhe HPA axis activity are associated with various mental disorders, e.g. depression or posttraumatic stress disorder (PTSD). The HPA axis activity is modulated by many neurotransmitter systems (including 'glutamatergic, GABA-ergic, and serotoninergic) and by neurosteroids. COllclusiolls: Chronic stress induces abnormalities in the HPA activity and leads to an excessive glucocorticoid secretion. Explanation ofthe mech a nism regulating the HPA axis activity is most importantfor llnderstanding response of the organism to aversive stimuli. The presented/indings indicate that CRF subtype 1 receptor antagonists may represent anovel group of drugsfor the pharmacotherapy of depression and/or anxiety disorders. Słowa kluczowe: stres / oś RPA / depresja / PTSD / glutaminian / GABA / 5-RT / neurosteroidy Key words: stress / RPA axis / depression / PTSD / glutamate / GABA / 5-RT / neurosteroids Słownik skrótów: ACTR - kortykotropina; AMPA - kwas a-amino-3-hydroksy-5-metylo- -4-izoksazolopropionowy; CBG - globulina wiążąca steroidy; CP-154,526, CRAlOOO, CRAI001, R CRF - antagoniści receptora CRF l; - kortykoliberyna;

2 236 CRF 1, CRF 2a, CRF 2p, CRF 2y GABA GABA A, GABA B GluR GR 5-HT 5-HT 2A12C ' 5-HT 1A - poszczególne podtypy receptorów dla kortykoliberyny; - kwas gammaaminomasłowy; - podtypy receptorów kwasu gammaaminomasłowego; - receptor jonotropowy dla glutaminianu; - receptory giikokortykoidowe; - serotonina; - podtypy receptorów serotoninowych; LC mglur MPEP MR NMDA ośhpa o.u.n. POMC PTSD PVN SSRI THDOC THP Anna Skórzewska i inni - miejsca sinawe; - receptor metabotropowy dla glutaminianu; - antagonista receptora grupy I GluR; - receptory mineralokortykoidowe; - kwas N-metylo-d-asparaginowy; - oś podwzgórze-przysadka-nadnercza; - ośrodkowy układ nerwowy; - proopiomelankortyna; - pourazowe zaburzenia stresowe; - jądra przykomorowe podwzgórza; - selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny; - tetrahydrodeoksykortykosteron; - tetrahydroprogesteron Stres jest uważany za zespół swoistych reakcji, zależnych od rozmaitych czynników, charakteryzujących się ściśle określonymi mechanizmami i funkcjonalną lokalizacją w ośrodkowym układzie nerwowym [l]. Ogólnie stres można określić jako stan organizmu wyróżniający się wzrostem napięcia emocjonalnego, wywołany przez czynniki zagrażające lub udaremniające zaspokojenie potrzeb [2]. Traktując stres jako reakcję na "wymagania" stawiane organizmowi wyróżniamy dwa rodzaje stresu: psychologiczny i biologiczny. Stres psychologiczny określa zmiany zachodzące na poziomie mechanizmów regulacyjnych, czyli w obszarze emocjonalno-motywacyjnym [2, 3]. Natomiast stres biologiczny obejmuje wszystkie reakcje autonomiczne zachodzące w organizmie, zmierzające w kierunku przezwyciężenia skutków działania czynnika szkodliwego [2]. Odpowiedź organizmu na warunki stresujące jest kontrolowana przez układ nerwowy (część współczulną autonomicznego układu nerwowego) i układ hormonalny (oś podwzgórze-przysadka-nadnercza). Po aktywacji układu współczulnego, występują reakcje fizjologiczne, takie jak: tachykardia, tachypnoe, redystrybucja krwi (odpływ krwi ze skóry do mięśni szkieletowych). Skutki pobudzenia osi podwzgórze -przysadka-nadnercza (RPA) pojawiają się znacznie później (do kilku godzin) i utrzymują się nawet do kilku dni [4]. W artykule przedstawiono rolę osi RPA w regulowaniu reakcji psychicznych i fizjologicznych oraz zależność pomiędzy tym układem a innymi systemami neuroprzekaźnikowymi w warunkach stresowych. AKTYWNOŚĆ OSI PODWZGÓRZE PRZYSADKA-NADNERCZA Funkcjonowanie osi HPA w warunkach fizjologicznych i w stresie Układ podwzgórze-przysadka-nadnercza (RPA) odgrywa podstawową rolę w procesach przystosowawczych organizmu do warunków stresu. Oś RPA koordynuje i kontroluje wydzielanie glikokortykosteroidów z kory nadnerczy do klwi. Sekrecja glikokortykosteroidów jest zależna bezpośrednio od kortykotropiny (hormonu adrenokoliykotropowego - ACTR) wydzielanej z przysadki i pośrednio od koliykolibelyny (corticotropin -releasing factor - CRF), homlol1u uwalnianego z jąder przykomorowych podwzgórza [4]. "Kaskada" tych hormonów jest aktywowana ilekroć neurony produkujące CRF w podwzgórzu zostaną pobudzone przez impulsy nerwowe z innych okolic mózgu. Kortykoliberyna jest transpoliowana naczyniami

3 Regulacja osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcjach stresowych 237 krwionośnymi do przedniego płata przysadki, gdzie wpływa na syntezę proopiomelanokortyny (POMC), prohonnonu, z którego powstaje m.in. przysadkowy hormon adrenokortykotropowy [2]. Wraz z kortykoliberyną jest wydzielana wazopresyna, która nasila sekrecję ACTH pod wpływem CRF. W wamnkach podstawowych kortykotropina wydzielana jest w sposób pulsacyjny, najczęściej wczesnym rankiem [5]. W nadnerczach ACTH działa bezpośrednio na ich obwodową część - warstwę pasmowatą części korowej, w której produkowane są honnony steroidowe tzw. glikokortykosteroidy (kort y zol u ludzi; kortykosteron u gryzoni) [6]. Dzięki istnieniu ujelllilego sprzężenia zwrotnego, glikokortykosteroidy hamują wydzielanie podwzgórzowego hormollu tropowego, jak i ACTH (rys. 1) [6]. Stopień zahamowania czynności podwzgórza i przysadki jest proporcjonalny do stężenia krążących we krwi glikokortykosteroidów [5, 6]. Glikokortykosteroidy działają za pośrednictwem dwóch typów receptorów steroidowych [7, 8]: - typ 1 - receptory mineralokortykoidowe (MR), występujące w dwóch podtypach: receptory dla aldosteronu i receptory dla kortykosteronu, - typ 2 - receptory glikokortykoidowe (GR). Receptory mineralo- i glikokokortykoidowe charakteryzują się kolokalizacją w hipokampie, przegrodzie i jądrach ciała migdałowatego, stmkturach mózgu związanych z regulacją odczuwania lęku. Ponadto receptory glikokortykoidowe zlokalizowane są talci:.e w innych obszarach mózgu, a ich największą kumulację stwierdzono w rejonach regulujących sprzężenie zwrotne hornl0nalnej reakcji na stres: jądrach przykomorowych podwzgórza i przysadce [7, 8]. Badania przedkliniczne wykazały wysoką ekspresję receptorów MR i GR w hipokampie [9]. Wzrost stężenia glikokortykosteroidów hamuje procesy neurogenezy w zakręcie zębatym hipokampa [10]. Ponadto kortyzol i kortykosteron powodują atrofię komórek dendrytycznych w obszarze CA3 hipokampa [9,10]. Receptory mineralo- i glikokortykoidowe charakteryzują się różnym powinowactwem wobec kortykosteronu (GR wykazują lo-krotnie niższe powinowactwo dla kortykosteronu niż MR) [8]. Badania przedkliniczne wykazały wpływ MR na regulację dobowej zmienności poziomu kortykosteronu (kontrolują wydzielanie ACTH podczas rytmu dobowego osi HPA). Receptory GR odgrywają istotną rolę w reakcji organizmu na czynnik stresowy, gdy stężenie glikokortykosteroidów jest wysokie [8]. De Kloet i in. [1998] wykazali, że MR pobudzają receptory GR, które są niezbędne do regulacji sprzężenia zwrotnego osi HPA [7]. Pod wpływem stresu dochodzi do zwiększonej sekrecji ACTH, a w następstwie do zwiększenia stężenia glikokoliykosteroidów. Krótkotrwały wzrost stężenia kortyzolu i kortykosteronu we krwi jest korzystny dla organizmu [5]. Natomiast utrzymujący się przez dłuższy czas zwiększony poziom glikokortykosteroidów może zaburzyć regulację hormonalną i przyczyniać się do wystąpienia m.in. zespołu Cushinga. Ponadto, nadmierną sekrecję glikokortykosteroidów zaobserwowano w takich chorobach afektywnych, jak depresja endogenna [6]. Metabolizm, wydalanie i rola glikokortykosteroidów Kortyzol i kortykosteron wiążą się z białkami osocza: alfa-globuliną (transkortyną) lub globuliną wiążącą steroidy (corticosteroid-binding globulin - CBG) oraz w mniejszym stopniu z albuminami. Steroidy związane z białkami osocza są fizjologiczne nieaktywne, funkcjonują jako "magazyn" kortyzolu lub kortykosteronu. We lawi krąży niewielki procent glikokoliykosteroidów w postaci aktywnej [5]. Glikokortykosteroidy są metabolizowane w wątrobie. Znaczna część kortyzolu jest redukowana do dehydrokortyzolu, a następnie do tetrahydrokortyzolu, któly jest wiązany z kwasem glukuronowym. Pewne ilości kortyzolu ulegają przemianie do kortyzonu, który bardzo szybko jest redukowany do

4 238 Anna Skórzewska i inni GABA Nerosteroidy ~ Emocje, motywacje Podwzgórze Serotonina Kwas glutaminowy Acetylocholina Noradrenalina H H... (+) H Przesadka (+) CRF... (+) Wazopresyna (+) I Glikokortykosteroidy Narządy i tkanki obwodowe CRF - kortykoliberyna ACTH - hormon adrenokortykotropowy H - sprzężenie zwrotne ujemne (+) - sprzężenie zwrotne dodatnie Rysunek 1. Schemat przedstawiający regulację osi HPA wg Spencera i Hutchisona [4]

5 Regulacja osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcjach stresowych 239 glukuronidu tetrahydrokortyzonu. Pochodne tetrahydroglukuronowe kortyzonu przechodzą do moczu, częściowo na drodze sekrecji kanalikowej. Niewielki procent kortyzolu (10%) i kortyzonu ulega przemianie do 17 -ketosteroidowych pochodnych, które są wiązane z siarczanami i wydalane z moczem. Przemiana kortykosteronu jest podobna do przemiany kortyzolu, ale nie tworzy on pochodnych 17-ketosteroidowych [5]. Kortyzol i kortykosteron regulująmetabolizm węglowodanów, białek i lipidów, zwiększając katabolizm białek i przyspieszając procesy glikogenezy i glukoneogenezy [5]. Hamując czynność mitotyczną limfocytów, glikokortykosteroidy redukują ich liczbę oraz zmniejszają wielkość węzłów chłonnych i grasicy. Kortyzol i kortykosteron zmniejszają liczbę krążących we krwi granulocytów kwasochłonnych, poprzez zatrzymanie ich dojrzewania i migracji (zmniejszenie ekspresji cząstek adhezyjnych na powierzchni komórek). Glikokortykosteroidy zwiększają natomiast liczbę granulocytów obojętnochłonnych, płytek krwi i krwinek czerwonych [5]. Syntetyczne glikokortykosteroidy 'są wykorzystywane w leczeniu stanów zapalnych (choroby tkanki łącznej) i uczuleniach (astma oskrzelowa). Ponadto stosuje się je jako leki immunosupresyjne i w niektórych chorobach nowotworowych [5]. Budowa i rola kortykoliberyny Yale i in. w 1981 r. wyizolowali i scharakteryzowali strukturę kortykoliberyny (CRF). Jest to peptyd złożony z 41 aminokwasów, regulujący sekrecję kortykotropiny z przedniego płata przysadki, jak również pośredniczący w autonomicznej i behawioralnej reakcji na stres [11, 12, 13]. Badania metodą hybrydyzacji in situ wykazały obecność dwóch podtypów receptora CRF: CRF l i CRF 2' U ssaków receptor CRF 2 występuje w dwóch odmianach: CRF 2 o: i CRF 2p- U ludzi dodatkowo wykazano obecność receptora CRF 2 [13]. Receptory CRF 1 i CRF 2 występują y w odmiennych rejonach mózgu. Badania przedkliniczne i kliniczne potwierdziły obecność receptorów CRF] w następujących strukturach o.u.n.: przysadka, hipokamp, kora, podwzgórze oraz móżdżek [14]. Ponadto, u gryzoni stwierdzono występowanie receptorów CRF] w jądrze migdałowatym, zwojach podstawy, jądrach wzgórza, istocie szarej okołowodociągowej, jądrach pnia mózgu (sensorycznych i motorycznych) [13, 15]. Receptory CRF 2 o: u ludzi zostały zlokalizowane w przegrodzie bocznej, jądrze migdałowatym i przysadce [14]. Natomiast u szczurów receptory CRF 2 o: występują w przegrodzie bocznej, jądrach podstawnych prążka krańcowego, jądrach brzuszno-przyśrodkowych podwzgórza, jądrach ciała migdałowatego oraz opuszce węchowej [13, 14]. Badania przedkliniczne i kliniczne wykazały obecności receptorów CRF 2p w tętnicach mózgu, splocie naczyniowym, sercu i mięśniach szkieletowych [13, 14]. Receptory CRF 2y zostały zlokalizowane w przegrodzie, hipokampie i jądrze migdałowatym [14]. Receptory CRF l pośredniczą w endokrynnej i behawioralnej reakcji na stres. Natomiast rola receptorów CRF 2 nie jest jasna, prawdopodobnie uczestniczą w regulacji ciśnienia krwi [13]. Kortykoliberyna uważana jest za jeden z decydujących czynników reakcji organizmu na stres, rozpoczyna, reguluje i hamuje odpowiedź osi HPA na bodźce awersyjne. Badania przedkliniczne wykazały, że CRF podany dokomorowo wywołuje symptomy lęku i depresji [11, 12, 13]. Ponadto podanie CRF do mózgu nasilało behawioralną reakcj ę zwierząt na stres: wokalizację,jreezing, zaburzenia snu oraz zmniejszało pobudliwość seksualną [12]. Działanie behawioralne wywołane przez CRF jest znoszone przez antagonistów receptora CRF l [11]. Badania przedkliniczne wykazały, że jednorazowe podania antagonistów receptora CRF] (CP-154,526, antalarminy, CRA1000, CRA100l, R121919) hamują wzrost poziomu ACTH w surowicy i wykazują aktywność przeciwlękową w warunkach stresu, podobnie do działania innych leków anksjolitycznych: buspironu i diazepamu [12, 13]. Ponadto w teście "wyuczonej

6 240 bezradności" udokumentowano przeciwdepresyjne działanie CP-154,526 [11]. Przewlekłe stosowanie niskich dawek CP-154,526, podawanych po bodźcu awersyjnym (badanie odruchu zamykania powieki) wywołuje wzrost stężenia ACTH i kortykosteronu w surowicy zarówno w zwierząt po otrzymaniu substancji, jak i "naiwnych" (nieotrzymujących antagonisty). Podwyższony poziom kortykosteronu wcześniej powraca do podstawowego stężenia u zwierząt po podaniach niż "naiwnych" [16]. Nie zaobserwowano podobnego działania po podaniu pojedynczej dawki CP-154,526 [16]. Przewlekłe stosowanie CP-154,526 blokuje zarówno receptory CRF l' jak i syntezę/sekrecję glikokortykosteroidów. Powyższe procesy prawdopodobnie zmniejszają poziom kortykosteronu u zwierząt badanych [17]. Wyniki badai1 sugerują, że antagoniści receptora CRF l mogą stanowić nową grupę leków przeciwdepresyjnych i przeciwlękowych [16]. Badania kliniczne dotyczące funkcjonowania osi HPA Zaburzenia funkcjonowania osi HPA występują w wielu chorobach psychicznych. Kortykoliberyna odgrywa ważną rolę w patomechanizmie chorób związanych z wpływem stresu: depresji, pourazowych zaburzeniach stresowych (PTSD), uzależnieniach lekowych, nadciśnieniu tętniczym [13]. Badania kliniczne wykazały wzrost aktywności osi HPA u osób chorych na depresję endogemlą [6]. Zaobserwowano zaburzenia całodobowego wydzielania kortykotropiny, wzrost wydzielania kortyzolu i stężenia wolnego kortyzolu w moczu oraz brak zahamowania sekrecji ACTH i kortykosteroidów po podaniu syntetycznego glikokortykosteroidu - deksametazonu [6]. Mechanizm tych procesów nie jest jasny, prawdopodobnie wywołane są przez zmniej szenie liczby receptorów glikokortykoidowych, reguluj ących uj emne sprzężenie zwrotne osi HPA [17]. Badania aktywności osi podwzgórze-przysadka-nadnercza u osób z pourazowymi zaburzeniami stresowymi (PTSD) wykazały Anna Skórzewska i inni zmniejszenie podstawowego stężenia kort y zolu krążącego we krwi [18]. Wyniki badalł sugerują, że jednym z mechanizmów odpowiedzialnych za ten proces jest prawdopodobnie zaburzenie ujemnego sprzężenia zwrotnego wydzielania glikokortykosteroidów, związane ze zwiększoną wrażliwością GR zlokalizowanych w mózgu [18, 19]. Innym mechanizmem odpowiedzialnym za spadek poziomu kortyzolu we krwi może być zmniejszenie stężenia globuliny wiążącej steroidy (CBG). Wraz ze zmniejszeniem stężenia w osoczu CBG mniejsza ilość kortyzolu ulega związaniu i dochodzi do zwiększenia stężenia jego aktywnej fonny. W tej sytuacji zostaje zahamowana sekrecja ACTH i kortyzolu, aż do ustalenia stanu równowagi, w którym stężenie związanego kortyzolujest prawidłowe, natomiast zmniejszony jest poziom wolnego kortyzolu [20]. Badania kliniczne dowiodły wpływ wieku na stopiei1 aktywności osi HPA. U ludzi starszych zaobserwowano zwiększony poziom kortyzolu w osoczu, w porównaniu z osobami młodszymi [21]. Badania reakcji na stres u kobiet wykazały zwiększony poziom CRF, ACTH i kortyzolu we krwi u palł po menopauzie [22]. Odmienne wyniki otrzymali Kudie1ka i in. (2004), którzy nie wykazali żadnych różnic czynności osi HPA zależnych od wieku i płci [23]. UDZIAŁ STRUKTUR OŚRODKOWEGO UKŁADU NERWOWEGO W REAKCJACH STRESOWYCH W odpowiedź na stres zaangażowane są liczne struktury o.u.n., związane zarówno z percepcją i przetwarzaniem bodźców stresowych, jak również reakcjami autonomicznymi i neurohumorahlymi. Ponieważ stres jest połączony 111. in. z uczuciem lęku, strachu, trudno jest wiązać z nim pojedynczy szlak nemonalny. Ponadto osobnicze reakcje na stres zależą od wielu czylmików m. in. wieku oraz rodzaju, natężenia i czasu tlwania bodźca.

7 Regulacja osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcjach stresowych 241 Jedną z metod oznaczania aktywności neuronalnej jest badanie ekspresji genów wczesnej odpowiedzi komórkowej c-fos. Uważa się, że zarówno mrna, jak i produkt białkowy genu c-fos są także markerami aktywacji komórki [24]. Mapowanie aktywności neuronalnej przez określenie poziomu białka c-fos jest pomocne w identyfikacji struktur układu nerwowego zaangażowanych w procesy fizjologiczne i patologiczne. Dotychczasowe badania ekspresji białka c-fos wskazują na aktywację licznych struktur korowych i podkorowych w odpowiedzi na bodźce stresowe: kory czołowej, jądrach półleżących, jądrach prążka kra11cowego, jądrach ciała migdałowatego, hipokampa, jądrach przykomorowych podwzgórza, miejsca sinawego, jądrach pasma samotnego, istoty szarej okołowodociągowej [25]. Infonnacja o zagrażającym niebezpieczel'lstwie przekazywana jest drogami czuciowymi do jąder przykomorowych podwzgórza (PVN), gdzie następuje aktywacja osi RPA (u młodych zwierząt czynnik stresowy wywołuje ekspresję białka c-fos w PVN, u dorosłych szczurów w jądrze migdałowatym i istocie szarej okołowodociągowej) [26]. Kabbaj i in. (2001) zaobserwowali, że zwierzęta tego samego gatunku i szczepu o słabszej reakcji lękowej, charaktelyzują się niższą ekspresją c-fos w obszarze CAl hipokampa, a wyższymi poziomami c-fos w obszarach węchomózgowia, kory obręczy, grzbietowej części prążkowi a oraz przykomorowego jądra podwzgórza (PVN) [27]. Interesujący jest fakt, że u szczurów mniej lękliwych do krwiobiegu uwalniane są większe ilości kortykosteronu. Jedna z hipotez, wyjaśniająca to zjawisko sugeruje, że u szczurów o słabszej reakcji lękowej dochodzi do zmniejszenia ilości receptorów dla CRF. W wyniku tego procesu zwiększona zostaje synteza i wydzielanie POMC oraz ACTR, co w konsekwencji prowadzi do wzrostu poziomu kortykosteronu [27]. Najważniejszymi testami stosowanymi do oceny reakcji stresowych w modelach zwierzęcych są: ograniczenie ruchów - unieruchomienie (immobilizacja), "wymuszone" pływanie, działanie bodźcem awersyjnym [28]. Badania przedkliniczne wykazały odmienną aktywację białka c-fos, zależną od siły bodźca [25]. Słaby bodziec, np. ograniczenie ruchów, powoduje wzrost c-fos w miejscu sinawym (locus ceruleus - LC) i jądrze przykomorowym podwzgórza (PVN) [25]. Aktywacji komórek towarzyszy stymulacja osi RPA objawiająca się wzrostem stężenia honnonu adrenokortykotropowego (ACTR) i kortykosteronu w osoczu, zmniejszającym się po 3 godzinach od ekspozycji [28]. Narażenie na mocniejszy bodziec, taki jak unieruchomienie, prowadzi do wyższego poziomu ekspresji c-fos w LC i PVN, z przewlekłą aktywacją osi RPA i stałym wzrostem kortykosteronu w osoczu (3 godziny od zadziałania bodźca) [28]. Ekspozycja na taki szczególnie intensywny bodziec, jak bodziec elektryczny, wywohlje wzrost ekspresji c-fos w LC i PVN i wzrost poziomu kortykosteronu, utrzymujący się do 14 dni [28]. Wyniki powyższych badal'l wykazują, że wzrost ekspresji białka c-fos oraz aktywność osi RPA uzależnione są od intensywności i częstotliwości bodźca awersyjnego. WPŁYW WYBRANYCH SYSTEMÓW NEUROPRZEKAŹNIKOWYCH NA AKTYWNOŚĆ OSI HPA Aktywność układu podwzgórze-przysadlm-nadnercza jest regulowana przez liczne układy neuroprzekaźnikowe, m.in. glutaminianergiczny, GABA-ergiczny, serotoninergiczny, noradrenergiczny, cholinergiczny oraz neurosteroidy. Poniżej przedstawiono powiązania pomiędzy osią RPA i wybranymi neuroprzekaźnikami. Wpływ glutaminianu na aktywność osi HPA Aktywacja osi RPA przez stres zależy od rodzaju i intensywności bodźca i jest modyfikowana przez wiele układów neuroprzekaźników, spośród których pierwszorzędne

8 242 znaczenie ma kwas glutaminowy. Mikroiniekcje glutaminianu do komór lub bezpośrednio do PVN podwzgórza, stymulują uwalnianie ACTR [29, 30]. Rola poszczególnych podtypów receptorów glutaminianergicznych, regulujących oś RPA nie jest jasna [30]. Badania przedkliniczne wykazały, że pobudzenie receptorów jonotropowych (NMDA i kainowych) zwiększało stężenie ACTR i nasilało wydzielanie kortykosteronu [29]. Natomiast blokada tych receptorów przez antagonistów (MK-80l i kwas kynureinowy) hamowała wydzielanie kortykosteronu pod wpływem stresu [29, 30]. Wyniki tych podań potwierdzają hipotezę wpływu glutaminianu na aktywność neuronów PVN [29]. Z drugiej strony, antagonista receptora AMPA/kainowe go (DNQX) zwiększał poziom ACTR w jądrze PVN podwzgórza [30]. Badania roli receptorów jonotropowych dla kwasu glutaminowego (AMPA i NMDA) wskazują, że skład podjednostek jest regulowany przez mineralokortykoidy i glikokortykoidy. Wykazano, że długotrwała aktywacja receptorów mineralokortykoidowych i glikokortykoidowych przez kortykosteron zmienia skład podjednostek receptorów AMPA (GluR-l, R-2, R-3, R-4) i NMDA (R-l, R-2A, R-2B, R-2C), zwiększając napływ Ca 2 + do komórki [31]. Podniesiony poziom wapnia wraz ze zwiększonym stężeniem kortykosteronu może prowadzić do degeneracji neuronów obszaru CAl hipokampa [31]. Niewiele prac dotyczy roli receptorów metabotropowych (mglur) dla glutaminianu w regulacji czynności osi RPA. Uważa się, że oś RPA pozostaje głównie pod kontrolą receptorów grupy I (mglur 1, mglur s ) i grupy III (mglur 4, mglur 6, mglu?, mglur g ) podwzgórza [30]. Badania przedkliniczne wykazały, że dokomorowe iniekcje agonistów receptorów grupy I mglur (DRPG, ACPD, CRPG) i agonistów grupy III (L-AP4 i L-SOP) podnoszą poziom kortykosteronu w surowicy [30]. Ponadto podanie antagonisty receptora grupy I mglur (MPEP) zwiększa poziom ACTH i kortykosteronu [30, 32]. Bradbury i in. (2003) sugerują, że pobudze- Anna Skórzewska i inni nie osi RPA przez MPEP może być wywołane za pośrednictwem układu serotoninergicznego. Przewlekłe podawanie MPEP powoduje desensytyzację autoreceptorów S-RT1 A i nasilenie wydzielania serotoniny, która z kolei aktywuje oś podwzgórze-przysadka-nadnercza [30, 32]. Najnowsze badania wykazały, że receptory grupy II (mglu 2 i mglu 3 ) w warunkach fizjologicznych także regulują aktywność osi RPA [30]. Aktywacja tych receptorów w podwzgórzu ogranicza wydzielanie CRF w odpowiedzi na stres, natomiast antagoniści receptorów mgi~/3 zwiększają sekrecję CRF [30]. Wpływ GABA na aktywność osi HPA Jądra przykomorowe podwzgórza peh1ią ważną rolę w kontrolowaniu i integracji sygnałów pobudzających i hamujących oraz koordynują uwalnianie CRF, regulując w ten sposób stopień i czas trwania odpowiedzi stresowej [29]. Dane morfologiczne i neuroanatomiczne dowodzą, że 47% połączeń synaptycznych w jądrach przykomorowych podwzgórza (PVN) stanowią synapsy GABA -ergiczne. Badania wykazały obecność GABA wewnątrz neuronów zawierających CRF w podwzgórzu [29]. Wydaje się, że oś RPA jest głównie pod kontrolą receptorów GABAA' chociaż nie wyklucza się udziału receptorów GABA B [29]. Agoniści GABA A hamują uwalnianie CRF wywołane przez serotoninę, zarówno w hodowlach komórkowych jak i in vivo [29]. Podanie muscimolu (agonista receptora GABA A ) (900 pmol) do PVN hamowało sekrecję kortykosteronu wywołaną bodźcem awersyjnym (immobilizacja). Natomiast S-krotnie wyższe dawki muscimolu odwracały tę reakcję - zwiększały wyazielanie hormonu [29]. Nadmiar agonisty wywołał aktywację receptorów GABA A w strukturach otaczających PVN, które hamowały projekcje neuronów GABA-ergicznych do jąder przykomorowych podwzgórza [29]. Z kolei, podanie antagonisty receptorów GABA A (bikukulina) do grzbietowego obszaru podwzgórza zwiększało stężenie

9 Regulacja osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcjach stresowych 243 ACTH i kortykosteronu W surowicy badanych zwierząt [33]. Regulacja składu podjednostek i ilości receptorów GABA-ergicznych w PVN i hipokampie może wpływać na oś RPA, a w konsekwencji na wydzielanie glikokortykosteroi-dów [34]. Wyniki badań przedklinicznych wskazują, że w warunkach przewlekłego stresu zmienia się skład podjednostek receptora GABA - zaobserwowano zmniejszenie syntezy mrna dla podjednostek ~1 i ~2 receptora GABA A w PVN [34]. Zmiany te są istotne dla regulacji czynności osi HPA, ponieważ podjednostki ~ 1-3 rezydują na neuronach wydzielających CRF [34]. Również w pewnych obszarach hipokampa (CAl, CA3, DG) stwierdzono wzrost ilości poziomu podjednostek ~2. Wyniki badań wskazuje na to, że projekcje z PVN, szczególnie części wielkokomórkowej, wpływają na uwalniane glikokortykosteroidów w hipokampie [29, 34]. Wpływ serotoniny na aktywność osi HPA Serotonina odgrywa ważną rolę w adaptacji organizmu do zmieniających się warunków środowiska. Jej niedobór w ośrodkowym układzie nerwowym wiąże się z występowaniem zaburzeń lękowych, zaburzeń nastroju oraz zaburzeń odżywiania [35]. Wiadomo również, iż układ serotoninergiczny bierze udział w kontroli czynności neuroendokrynnej o.u.n. [35]. Ciała komórkowe neuronów serotoninergicznych zgrupowane są w grzbietowych i przyśrodkowych jądrach szwu [35], położonych w pniu mózgu, skąd wysyłają liczne kolaterale, m. in. do podwzgórza, a także ciał migdałowatych i innych struktur układu limbicznego [35]. Dzięki temu układ serotoninergiczny może wywierać modulujący wpływ na czynność układów i struktur uczestniczących w odpowiedzi organizmu na stres, w tym osi podwgórze-przysadka-nadnercza. I tak na przykład, podanie agonistów receptora 5-HT 2A / 2C (DOI) powoduje wzrost stężenia wszystkich hormonów, które można określić mianem "hormonów stresowych": ACTH, kortykosteronu, oksytocyny, pro laktyny i reniny [35]. Stwierdzono również, że ekspozycja zwierząt na warunki stresowe w połączeniu z podaniem DOI zwiększa ekspresję genu c-fos w neuronach jądra przykomorowego podwzgórza produkujących CRF i oksytocynę [35]. W strukturze tej występują również inne receptory serotoninowe, m.in. receptory 5-HT la' Wydaje się, że ich pobudzenie może powodować nasilenie uwalniania ACTH, kortykosteronu i oksytocyny [35]. Zależność między układem serotoninergicznym i osią RPA ma charakter dwukierunkowy. Są dowody występowania receptorów dla CRF (CRF l i CRF 2) na ciałach komórkowych neuronów serotoninergicznych [35]. Wyniki badań wykazały, że podanie małych dawek CRF bezpośrednio do jąder szwu hamuje aktywność neuronów 5-HT, podczas gdy duże dawki zwiększają ich aktywność [36]. Co ciekawe, u myszy pozbawionych receptora dla CRF J (CRF/ knock-out mice) zaobserwowano zwiększone stężenie serotoniny (badane metodą mikro dializy) w hipokampie zarówno w warunkach podstawowych, jak i stresowych [34]. Istnienie wzajemnych zależności między układem serotoninergicznym i osią HPA potwierdzają doświadczenia z zastosowaniem selektywnych inhibitorów wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI). Badania farmakologiczne wykazały, że SSRI hamują wychwyt zwrotny serotoniny przez zakończenia nerwowe zwiększając tym samym jej stężenie w szczelinach synaptycznych. Długotrwałe stosowanie SSRI prowadzi do desensytyzacji autoreceptorów 5-HT la i nasilenia przekaźnictwa 5-HT. Najnowsze badania donoszą o podobnych zmianach wywołanych przez spadek stężenia glikokortykosteroidów [37]. Opisane wyniki sugerują, że zmiany aktywności osi HPA obserwowane w depresji mogą być "naturalną reakcją przeciwdepresyjną" [37]. Serotonina wydzielana w warunkach stresu powoduje atrofię komórek dendrytycznych obszaru CA3 hipokampa. Zjawisko to wynika z desensytyzacji postsynaptycznych receptorów 5-HT. IA Podanie tianeptyny, atypowego leku przeciwdepresyjnego,

10 244 wzmagającego wychwyt zwrotny serotoniny zapobiega temu procesowi [9]. Wpływ neurosteroidów na aktywność osi HPA Neurosteroidy są endogennymi substancjami biorącymi udział w regulacji wielu procesów neurofizjologicznych. Związki te są bardzo aktywne farmakologicznie, działają na genom komórkowy, wywierają bezpośredni wpływ na receptory błonowe. Regulują czynność receptorów GABAA' receptorów glicynowych, cholinergicznych, glutaminergicznych i błonowych kanałów wapniowych [38]. Zauważono, iż w warunkach stresowych stężenie neurosteroidów w o.u.n. ulega zmianie [39], np. wzrasta stężenie proge- steronu, allopregnanolonu (pochodna progesteronu) i tetrahydrodeoksykortykosteronu (THDOC) [40,41]. Dzieje się tak prawdopodobnie na skutek stymulacji syntezy/uwalniania tych substancji przez CRF. Część autorów sugeruje, że zjawisko to ma znaczenie ochronne dla neuronów ośrodkowego układu nerwowego [42]. Wzrost stężenia neurosteroidów aktywuje receptory GABAA' które zmniejszają sekrecję CRF [40]. Dlatego uważa się, że neurosteroidy (THP i THDOC) mogą hamować wydzielanie CRF i ACTH za pomocą receptorów GABA A znajdujących się w podwzgórzu [40]. Podobnie, neurosteroidy regulują czynność osi podwzgórze-przysadka-nadnercza [39]. THDOC może łagodzić behawioralne i endokrynne zmiany wywołane stresem przeżytym w dzieciństwie (np. model izolacji osesków szczurzych od matki), tj. wzrost lęku, nadmierna sekrecja ACTH, wzrost sprzężenia zwrotnego glikokortykosteroidów i zmiana transkrypcji genów kodujących CRF w podwzgórzu i receptorów glikokortykoidowych w hipokampie [43]. Allopregnanolon może również wyciszać endokrynną odpowiedź organizmu na stres poprzez wpływ na stężenie ACTH i kortykosteronu czy zmniejszenie stężenia wazopresyny w jądrze przykomorowym podwzgórza [39]. Ponadto stosowanie wysokich dawek allopregnanolonu Anna Skórzewska i inni znacznie redukuje poziom CRF i wykazuje działanie przeciwlękowe [42]. PODSUMOWANIE Oś podwzgórze-przysadka-nadnercza odgrywa istotną rolę w procesach adaptacji i reakcji organizmu na sytuację stresową. Aktywność osi HPA jest modyfikowana przez liczne układy neuroprzekaźników, m.in.: serotoninergiczny, GABA-ergiczny i glutaminergiczny. Honnony uwalniane przez oś HPA wpływają na szereg procesów metabolicznych, np. glikokortykosteroidy wzmagają wykorzystanie substratów energetycznych i przywracają reaktywność naczyń [5]. W warunkach przewlekłego stresu dochodzi do zaburzenia aktywności osi HPA i nadmiernej sekrecji hormonów steroidowych. Nieprawidłowe funkcjonowanie układu podwzgórze -przysadka-nadnercza może być przyczyną występowania wielu schorzeń, m.in.: depresji, zespołu Cushinga, PTSD, zespołu chronicznego zmęczenia [4, 44]. Dlatego też szczególnąrolę przypisuje się wyjaśnieniu mechanizmu działania czynników regulujących oś RPA. Przedstawione infonnacje wskazują, że najbardziej ciekawie rysują się perspektywy zastosowania klinicznego antagonistów receptora CRF l' które mogą stanowić nową grupę leków przeciwdepresyjnych i przeciwlękowych [16]. PIŚMIENNICTWO I. Werka T. Stres i ból. W: Górska T, Grabowska A, Zagrodzka J, red. Mózg a zachowanie. Warszawa: PWN; 1997: von Borell EH. The biology of stress and its application to livestock housing and transportation assessment. J Anim Sci 2001; 79 (supl): Rybakowski J. Etiologia i patogeneza zaburzeń psychicznych. W: Bilikiewicz A, red. Psychiatria. Warszawa: PZWL; 1998: Spencer RL, Hutchison KE. Alcohol, aging and the stress response. A1cohol Res Health 1999; 23 (4):

11 Regulacja osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej w reakcjach stresowych Ganong WF. Fizjologia. Podstawy fizjologii lekarskiej. Warszawa: PZWL; 1994: Keeney Al, Hogg S, Marsden CA. Alterations in core body temperature, locomotor activity, and corticosterone following acute and repeated social defeat of male NMRI mice. Physiol Behav 2001; 74 (1-2): De Kloet ER, Vreugdenhil E, Oitzl MS, Ioels M. Brain corticosteroid receptor balance in hearth and disease. Endocr Rev 1998; 19 (3): Korte SM. Corticosteroids in re1ation to fear, anxiety and psychopathology. Neurosci Biobehav Rev 200 I; 25 (2): McEwen BS. Effects ofadverse experiences for brain structure and function. Biol Psychiatry 2000; 48 (8): lo. Sapolsky RM. Glucocorticoids and hippocampal atrophy in neuropsychiatric disorders. Arch Gen Psychiatry 2000; 57 (10): Arborelius L, Owens MI, Plotsky PM, Nemeroff CB. The role of corticotropin-releasing factor in depression and anxiety disorders. I Endocrinol1999; 160 (I): Okuyama S, Chaki S, Kawashima N, Suzuki Y, Ogawa S, Nakazato A, Kumagai T, Okubo T, Tomisawa K. Receptor binding, behavioral, and electrophysiological profiies of nonpeptide corticotropin-releasing factor subtype l receptor antagonists CRA1000 and CRA I Pharmacol Exp Ther 1999; 289 (2): Takahashi LK. Role of CRF! and CRF 2 receptors in fear and anxiety. Neurosci Biobehav Rev 2001; 25 (7-8): Grigoriadis DE, Haddach M, Ling N, Saunders J. The CRF receptor: structure, function and potential for therapeutic intervention. Current Med Chem - CNS System Agents 200 l; l: Dautzenberg FM, Hauger RL. The CRF peptide family and their receptors: yet more partners discovered. Trends Phammcol Sci 2002; 23 (2): ArboreIius L, Skelton KH, Thrivikraman KY, Plotsky PM, Schulz DW, Owens MI. Chroni c administration of the selective corticotropin-releasing factor l receptor antagonist CP-154,526: behavioral, endocrine and neurochemical effects in the rat. I Pharmacol Exp Ther 2000; 294 (2): McQuade R, Young AH. Future therapeutic targets in mood disorders: the glucocorticoid receptor. Br I Psychiatry 2000; 177: Rinne T, de Kloet ER, Wouters L, Goekoop IG, de Rijk RH, van den Brink W. Hyperresponsiveness ofhypothalamic-pituitary-adrenal axis to combined dexamethasone/corticotropin-re1easing hormone challenge in female borderline personality disorder subjects with a history of sustained childhood abuse. Biol Psychiatry 2002; 52 (11): Yehuda R. Biology of posttraumatic stres s disorder. I Clin Psychiatry 2001; 62 (supl): Kanter ED, Wilkinson CW, Radant AD, Petrie EC, Dobie DJ, McFalI ME, Peskind ER, Raskind MA. Glucocorticoid feedback sensitivity and adrenocortical responsiveness in posttraumatic stress disorder. Biol Psychiatry 2001; 50 (4): Gotthardt D, Schweiger D, Fahrenberg I, Lauer CI, Holsboer F, Heuser I. Cortisol, ACTH, and cardiovascular response to a cognitive challenge paradigm in ag ing and depression. Am I Physiol 1995; 268: Lindheim SR, Legro RS, Bemstein L, Stanczyk FZ, Vijod MA, Presser SC, Lobo RA. Behaviorai stress responses in premenopausal and postmeno pau sal women and the effects of estrogen. Am I Obstet Gynecol1992; 156 (6): Kudie1ka BM, Buske-Kirschbaum A, Hellhammer DH, Kirschbaum C. HPA axis responses to laboratory psychosocial stress in healthy elderly adults, younger adults, and children: impact of age and gen der. Psychoendocrinol 2004; 29 (1): Lehner M, Wisłowska A, Taracha E, Zienowicz M, Płaźnik A. Zastosowanie mapowania białka c-fos w neuropsychofan:nakologii. Post PsychiatrNeurol2003; 12 (3): Chowdhury GM, Fujioka T, Nakamura S. Induction and adaptation offos expression in the rat brain by two types of acute restraint stress. Brain Res Bu112000; 52 (3): Wiedenmayer CP, Barr GA. Developmental changes in c-fos expression to an age specific social stressor in infant rats. Behav Brain Res 2001; 126 (1-2): Kabbaj M, Akil H. Individual differences in novelty-seeking behavior in rats: a c-fos study. Neuroscience 2001; 106 (3): Mercier S, Canini F, Buguet A, Cespuglio R, Martin S, Bourdon L. Behavioural changes after an acute stress: stressor and test types inf1uences. Behav Brain Res 2003; 139 (1-2):

12 Herman JP, Tasker JG, Ziegler DR, Cullinan WE. Local circuit regulation ofparaventricular nuc1eus stress integration Glutamate-GABA connections. Pharmacol Biochem Behav 2002; 71 (3): Scaccianoce S, Matrisciano F, Dei Bianco P, Caricasole A, Di Giorgi Gerevini V, Cappuccio l, Me1chiorri D, Battaglia G, Nicoletti F. Endogenous activation of group-ii metabotropic glutamate receptors inhibits the hypothalamicpituitary-adrenocortical axis. Neuropharmacol 2003; 44 (5): Nair SM, Werkman TR, Craig J, Finnell R, Joels M, Eberwine JH. Corticosteroid regulation of ion channel conductances and mrna levels in individual hippocampal CAl neurons. J Neurosci 1998; 18 (7): Bradbury MJ, Giracello DR, Chapman DF, Holtz G, Schaffhauser H, Rao SP, Vamey MA, Anderson JI. Metabotropic glutamate receptor 5 antagonist-induced stimulation ofhypothalamic-pituitary-adrenal axis activity: interaction with syrotonergic systems. Neuropharmacol 2003; 44 (5): Hodge CW, Raber J, McMahon T, Walter H, Sanchez-Perez AM, Olive MF, Mehmert K, Morrow AL, Messing RO. Decreased anxietylike behavior, reduced stress hormones, and neurosteroid supersensitivity in mice lacking protein kinase. J Clin Invest 2002; 110 (7): Cullinan WE, Wolfe TI. Chronic stress regulates levels of mrna transcripts encoding p subunits of the GABA A receptor in the rat stress axis. Brain Res 2000; 887 (1): Carrasco GA, Van de Kar LD. Neuroendocrine pharmacology of stress. Eur J Pharmacol2003; 463 (1-3): Penalva RG, Flachskamm C, Zimmermann S, Wurst W, Holsboer F, Reul IM, Linthorst AC. Corticotropin-releasing receptor type l - deficiency enhances hippocampal serotonergic Anna Skórzewska i inni neurotransmission: an in vivo microdialysis study in mutant mice. Neuroscience 2002; 109 (2): Gartside SE, Leitch MM, Young AH. Altered glucocorticoid rhythm attenuates the ability of a chronic SSRI to elevated forebrain 5-HT: lmplications for the treatment of depression. Neuropsychopharmacol2003; 28 (9): Członkowska Al, Zienowicz M, Płaźnik A. Mechanizmy działania inhibitorów wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI) a neurosteroidy - nowe możliwości zastosował1 w psychiatrii i neurologii. Farmacja Polska 2003; 12: Mellon S, Griffin LD. Neurosteroids: biochemistry and clinical significance. Trends Endocrinol Metab 2002; 13 (1): Dubrovsky B. The specificity of stress responses to different nocuous stimu1i: neurosteroids and depression. Brain Res Bull 2000; 51 (6): Reddy DS. ls there a physiological role for the neurosteroid THDOC in stress-sensitive conditions? Trends Pharmacol Sci 2003; 24 (3): Bemardi F, Lanzone A, Cento RM, Spada RS, Pezzani l, Genazzani AD, Luisi S, Luisi M, Petraglia F, Genazzani AR. Allopregnanolone and dehydroepiandrosterone response to corticotropin-releasing factor in patients suffering from Alzheimer's disease and vascular dementia. EurJ Endocrinol2000; 142 (5): Patchev VK, Montkowski A, Rouskova D, Koranyi L, Holsboer F, Almeida OF. Neonatal treatment of rats with the neuractive steroid tetrahydrodeoxycorticosterone (THDOC) abolishes the behavioral and neuroendocrine consequences of adverse early life events. J Clin Invest 1997; 99 (5): Raber J, Akana SF, Bhatnagar S, Dallman M, Wong D, Mucke L. Hypothalamic-pituitaryadrenal dysfunction in Apoe (-/-) mice: possible role in behavioral and metaboli c alterations. JNeurosci 2000; 20 (5): Adres: Prof Adam Płaźnik, Zakład Neurochemii Instytutu Psychiatrii i Neurologii, ul. Sobieskiego 9, Warszawa, adaplaz@yahoo.com